掺杂钽氧化钨薄膜

钽图片

WO3具有优异的电致变色性能,如着色效率高、可逆性好、记忆时间长等,在电致变色材料及器件的研究中占有重要的地位。然而,WO3在质子型电解质中会发生溶解,从而限制了其在以质子型电解质为传导层的电致变色器件中的应用。研究表明,纳米复合氧化物电致变色材料可以提高器件的稳定性,缩短响应时间,延长器件寿命。Ta2O5具有优异的离子和质子导电特性,而且在很宽的波长范围具有极好的透明性,并具有良好的热稳定性、机械稳定性和化学稳定性,常用于全固态电致变色器件中的电解质层或保护层材料。因此,将Ta2O5与WO3相复合,可以结合两种材料的优势,实现更高的机械和化学相容性,从而提高器件的稳定性和寿命。

Shim等报道了W-Ta氧化物纳米复合薄膜具有比单一WO3薄膜更优越的电化学稳定性和质子传导性能。Ta掺杂对提高氧化钨薄膜的电致变色性能、循环稳定性能和抗酸腐蚀性能方面有明显作用,但是掺杂量必须控制在一定范围内。Ta掺杂量为5%-10%时,W1-xTaxO3薄膜的光学调制和着色效率会有一定的提高;掺杂量为15%时W1-xTaxO3薄膜的电致变色性能基本与未掺杂的WO3薄膜相当;继续增加Ta掺杂量,则造成过度掺杂,会对薄膜的微观结构和电致变色性能造成不利影响。这可能是因为适量掺杂可以调节薄膜的微观结构,使薄膜中的裂纹减少,表面更为均匀;但当掺杂过度时,薄膜太过致密,甚至出现表面颗粒团聚凸起的现象,影响了薄膜的多孔性和均匀性,阻碍了离子在薄膜中的迁移和扩散。另外,过量钽掺杂使得该氧化物的电子导电性大大降低,而氧化钨薄膜的着/退色性能是通过电子和质子的共同注入/抽出实现的,电子导电性的大幅度降低制约了质子的传输性能,因此薄膜